[发明专利]基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法

权利要求书

1.基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法，实现该方法所用到的设备包括FPGA、霍尔电流传感器、电压分压采样电阻、高速ADC、H桥驱动电路、行波型旋转超声电机，其步骤如下：

第一步，利用FPGA控制霍尔电流传感器、电压分压采样电阻，以4MHz采样频率对行波型旋转超声电机运行时的输出电压、电流实现采样，通过高速ADC实现数模转换，并建立振动模态一阶导数的观测器，获得振动模态一阶导数的观测值；

第二步，根据第一步获得的振动模态一阶导数的观测值，建立振动模态非线性滑模观测器；

第三步，证明第二步设计的振动模态非线性滑模观测器的稳定性和收敛性；

所述第一步的具体过程为：通过FPGA控制霍尔电流传感器、电压分压采样电阻以4MHz的采样频率对电机运行时的输出电压、电流进行采样，利用高速ADC实现数模转换并传回FPGA，获得电机的两相电压u＝[u_A,u_B]和两相电流i＝[i_A,i_B]；其中，A与B分别代表电机的两相，下同；

已知TWUSM的压电振子方程为:

其中，R_d＝diag{R_dA,R_dB}、C_d＝diag{C_dA,C_dB}分别为两相压电振子的介电损耗电阻和静态电容；Θ为机电耦合系数；

建立定子振动模态一阶导观测器：

根据压电振子方程式(1)，A、B两相表达式一致，将其一相方程按状态变量电压u重新写为式(3)：

设计滑模面为u的观测值，设计定子振动模态一阶导观测器为：

其中，将方程式(4)带入式(3)中，获得振动模态一阶导数的观测值，表示为：

M与k₁为设计参数；r为设计参数，0r1。

2.根据权利要求1所述的一种基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法，其特征在于，电机参数利用导纳圆法测得。

3.根据权利要求1所述的一种基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法，其特征在于，所述振动模态非线性滑模观测器通过FPGA实现。

4.根据权利要求1所述的一种基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法，其特征在于，行波型旋转超声电机选用型号TRUM60A。

5.根据权利要求1所述的一种基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法，其特征在于，霍尔电流传感器型号为HCS-LTS06A。

6.根据权利要求1所述的一种基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法，其特征在于，FPGA为Altera cyclone IV系列。